微泵作為微流控系統(tǒng)的“心臟”，是微流體輸送的動(dòng)力源，也是微流控系統(tǒng)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。作為一種重要的微型執(zhí)行部件，微泵可廣泛應(yīng)用于藥物輸送、血液運(yùn)輸、DNA合成、電子冷卻系統(tǒng)、微全分析系統(tǒng)、微型燃料電池、微型衛(wèi)星推進(jìn)系統(tǒng)等領(lǐng)域，具有巨大的市場應(yīng)用前景。

按有無運(yùn)動(dòng)部件，微泵可以分為機(jī)械式和非機(jī)械式。機(jī)械式微泵驅(qū)動(dòng)力較大、響應(yīng)速度快，是目前應(yīng)用的主流，但因?yàn)橛锌蓜?dòng)部件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在機(jī)械磨損和泄漏現(xiàn)象，不利于微型化、集成化發(fā)展。非機(jī)械式微泵將非機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒘黧w的動(dòng)能，沒有運(yùn)動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)簡單、流量連續(xù)穩(wěn)定，是目前研究的熱點(diǎn)。

機(jī)械式微泵的分類

壓電驅(qū)動(dòng)微泵

壓電驅(qū)動(dòng)微泵是基于壓電晶體的壓電特性驅(qū)動(dòng)薄膜振動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)泵送流體的。常見的壓電材料有壓電片、PZT壓電堆、壓電薄膜。壓電驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、驅(qū)動(dòng)力大、響應(yīng)時(shí)間短、能耗低、效率高；其缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電壓高、振幅小，自吸困難，限制了其應(yīng)用范圍。

靜電驅(qū)動(dòng)微泵

靜電驅(qū)動(dòng)是基于庫倫力的原理，在其中一個(gè)固定電極上加單一極性電壓，在另一個(gè)與泵膜相連的可動(dòng)電極上加交變電壓，交替產(chǎn)生雙向形變，從而實(shí)現(xiàn)泵送功能。靜電微泵具有低功耗、響應(yīng)快、驅(qū)動(dòng)頻率高等優(yōu)點(diǎn); 但不足的是驅(qū)動(dòng)電壓高，體積沖程小，而且還需在微泵加入防止電路短路的絕緣膜，加工工藝要求高。

熱氣驅(qū)動(dòng)微泵

熱氣驅(qū)動(dòng)原理類似于蠕動(dòng)型氣動(dòng)微泵，主要通過氣體加熱膨脹導(dǎo)致彈性薄膜形變實(shí)現(xiàn)微流體的驅(qū)動(dòng)。熱氣驅(qū)動(dòng)微泵的驅(qū)動(dòng)器一般由加熱器、泵膜和密閉壓力室組成。通過加熱冷卻壓力室的氣體產(chǎn)生膨脹和收縮動(dòng)作，推動(dòng)泵膜運(yùn)動(dòng)。熱氣驅(qū)動(dòng)微泵提供的驅(qū)動(dòng)力較大，可在較低的驅(qū)動(dòng)電壓下獲得較大的膜片變形，并且熱驅(qū)動(dòng)器容易集成在泵體中，微泵整體體積較小; 但是由于冷卻較慢，微泵響應(yīng)慢，驅(qū)動(dòng)頻率低，一般為幾赫茲，而且功耗較大。

電磁驅(qū)動(dòng)微泵

電磁驅(qū)動(dòng)微泵的原理是將永磁鐵貼在泵膜上，利用線圈產(chǎn)生的交變磁場，使得永磁體帶動(dòng)泵膜往復(fù)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到泵送流體的目的。電磁驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是輸入電壓低、泵膜變形大、頻率調(diào)節(jié)方便、響應(yīng)快，并且可以遠(yuǎn)程控制。缺點(diǎn)是能耗高、電磁材料微加工困難、由于線圈存在難以微型化。

形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)微泵

形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)(SMA)是利用合金隨溫度變化發(fā)生相變的特性，來提供驅(qū)動(dòng)力。它的形狀記憶功能通過馬氏體相變的可逆性來體現(xiàn)。常見的記憶合金有鈦鎳合金、金銅合金、銦鈦合金、銅鋅合金等，其中鈦鎳合金最常見。這種微泵的優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)力大，泵膜變形大，缺點(diǎn)是泵膜的變形較難控制、響應(yīng)慢、驅(qū)動(dòng)頻率低(一般在100 Hz以下)、效率低。

電致動(dòng)聚合物驅(qū)動(dòng)微泵

在外部驅(qū)動(dòng)電壓的作用下，能產(chǎn)生一定形狀和尺寸變形的聚合物被稱為電致動(dòng)聚合物(EAP)。EAP是一種新型智能材料，目前應(yīng)用于微泵的電致動(dòng)聚合物主要有介電彈性體(DE)、離子聚合物金屬復(fù)合材料(IPMC)和導(dǎo)電型聚合物聚吡咯(Polypyrrole)。電致動(dòng)聚合物在電場的作用下可產(chǎn)生大幅變形，遠(yuǎn)大于現(xiàn)有的壓電材料，可以大幅提高泵送能力。

非機(jī)械式微泵的分類

電液動(dòng)力微泵

電液動(dòng)力(EHD)微泵基本原理是利用流體中帶電離子在電場作用下的遷移，從而帶動(dòng)整個(gè)流體遷移流動(dòng)的目的。這種微泵的優(yōu)點(diǎn)是無閥無活動(dòng)部件、結(jié)構(gòu)簡單、對微加工工藝要求不高、成本低；但這種微泵對流體的介電性質(zhì)有特殊要求，只能用于絕緣液體或?qū)щ娐蕵O低的液體，如乙醇、丙酮、異丙醇等，限制了其應(yīng)用。

電滲驅(qū)動(dòng)微泵

電滲驅(qū)動(dòng)(EO)微泵是指外加電場使微通道壁面帶有固定電荷，利用其產(chǎn)生的電滲現(xiàn)象驅(qū)動(dòng)液體。按驅(qū)動(dòng)方式分主要有直流電滲泵和交流電滲泵兩種。直流電滲泵需要超高電壓，一般要幾千伏; 而交流電滲泵驅(qū)動(dòng)電壓低，可以有效抑制電解反應(yīng)。這種微泵的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、流動(dòng)穩(wěn)定、易于控制、背壓高; 缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電壓高、流量小、外界影響因素多，而且僅適用于電解質(zhì)溶液。

磁流體動(dòng)力微泵

磁流體動(dòng)力微泵(MHD)是利用磁場和電場施加于導(dǎo)電流體的洛倫磁力作為微泵的驅(qū)動(dòng)力，一般驅(qū)動(dòng)電導(dǎo)率在1 S/cm數(shù)量級的導(dǎo)電液體。驅(qū)動(dòng)電壓可以采用直流電和交流電兩種方式。MHD微泵結(jié)構(gòu)簡單，成本低，驅(qū)動(dòng)電壓低，流動(dòng)穩(wěn)定且可雙向控制；但只適用于導(dǎo)電率較高的流體。

電浸潤式微泵

電浸潤式微泵利用表面張力來驅(qū)動(dòng)流體運(yùn)動(dòng)。微尺度下，表面張力是一種主要作用力，而金屬液體的表面張力會(huì)因電壓改變而變化，在充滿電解液的管道中施加電壓金屬液滴就可以沿著管道運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)流體運(yùn)動(dòng)。這類微泵具有功耗低、響應(yīng)快、表面電化學(xué)不活潑等優(yōu)點(diǎn)。

文章來源：《微泵的研究現(xiàn)狀與發(fā)展》作者：許忠斌   楊世鵬   劉國林   阮曉東  許忠斌   楊世鵬   劉國林   阮曉東